AMB活性金属焊接陶瓷基板的性能及应用

第三代半导体（氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）等）的崛起和发展推动了功率器件尤其是半导体器件不断走向大功率，小型化，集成化和多功能方面前进，对封装基板性能提升起到了很大的促进作用。为加强陶瓷基板及其封装行业上下游交流联动，艾邦建有陶瓷基板产业群，欢迎产业链上下游企业加入。

陶瓷基板也是陶瓷电路板在电子器件封装中得到广泛应用，主要是由于陶瓷基板具有高热导率、耐高温、较低的热膨胀系数、高的机械强度、耐腐蚀以及绝缘性好、抗辐射的优点。

陶瓷基板按照工艺分有很多种，除了直接键合铜（DBC）法、直接电镀铜(DPC)法、激光活化金属(LAM)法、低温共烧陶瓷（LTCC）、高温共烧陶瓷（HTCC）之外，还有目前备受关注的AMB法技术，即活性金属钎焊技术。

一、什么是活性金属钎焊技术？

AMB工艺流程 图源自网络

活性焊铜工艺（AMB）是DBC工艺技术的进一步发展，工作原理为：在钎焊电子浆料中加入少量的活性元素（Ti，Zr，V，Cr等），采用丝印技术印刷到陶瓷基板上，其上覆盖无氧铜后放到真空钎焊炉内进行烧结，然后刻蚀出图形制作电路，最后再对表面图形进行化学镀。使用AMB技术制备的陶瓷覆铜板结构如图下图所示。

AMB工艺的陶瓷覆铜板结构图

二、AMB和DBC的比较

1.DBC技术无需额外的材料即可将铜和陶瓷连接起来，而AMB要采用活性金属将铜钎焊在陶瓷上。

2.对比DBC，AMB有更好的导热性、耐热性，强度更高、可靠性更高。

3.氮化硅Si3N4与铜之间不会形成Cu-Si-O化合物，无法使用DBC工艺，必须采用AMB工艺来实现氮化硅与铜的结合。

三、AMB陶瓷基板按材质分类

根据陶瓷材质的不同，目前成熟应用的AMB陶瓷基板可分为：氧化铝、氮化铝和氮化硅基板。

三种材料的部分性能对照表

3.1 AMB氧化铝基板

基于氧化铝板材来源广泛、成本最低，是当前性价比最高的AMB陶瓷基板，其工艺也最为成熟。但由于氧化铝陶瓷的热导率低、散热能力有限，AMB氧化铝基板多用于功率密度不高且对可靠性没有严格要求的领域。

3.2 AMB氮化铝基板

AMB基板具有较高的散热能力，从而更适用于一些高功率、大电流的工作环境。但是由于机械强度相对较低，氮化铝AMB覆铜基板的高低温循环冲击寿命有限，从而限制了其应用范围。氮化铝AMB基板具有较高的散热能力，从而更适用于一些高功率、大电流的工作环境。但是由于机械强度相对较低，氮化铝AMB覆铜基板的高低温循环冲击寿命有限，从而限制了其应用范围。

3.2 AMB氮化硅基板

氮化硅陶瓷的热膨胀系数（2.4ppm/K）较小，与半导体芯片材料（Si/SiC）接近；AMB氮化硅基板具有较高的热导率（>90W/mK）。AMB-Si3N4基板结合的机械性能具有优异的耐高温性能、散热特性和超高的功率密度。

对于对高可靠性、散热以及局部放电有要求的汽车、风力涡轮机、牵引系统和高压直流传动装置等来说，AMB氮化硅基板可谓其首选的基板材料。此外，载流能力较高，而且传热性也非常好。

四、AMB陶瓷基板的应用

与DBC陶瓷基板相比，AMB陶瓷基板具有更高的结合强度和冷热循环特性。根据芯舟电子（博敏电子）的AMB陶瓷基板的可靠性测试，热循环测试（热循环温度变化范围为215℃（-65-150℃），高低温保持时间各为15分钟，中间冷热转换时间不超过2分钟），热循环次数：Si3N4≥5000次；AlN≥1500次；Al2O3≥500次；ZTA(氧化锆增强氧化铝）≥1000次。

AMB基板是靠陶瓷与活性金属焊膏在高温下进行化学反应来实现结合，因此其结合强度更高，可靠性更好，可用于大功率电力半导体模块封装，应用于轨道交通、新能源汽车、智能电网等领域。

我国已经成为全球最大的功率半导体需求市场，特别是随着新能源汽车快速增长，驱动IGBT和碳化硅功率器件快速发展，国内AMB基板飞速发展，国内生产企业有：富乐华、博敏电子、先艺电子、北京漠石、江西昊光、红星电子、丰鹏电子、浙江精瓷、中山基础等。

为加强陶瓷基板及其封装行业上下游交流联动，艾邦建有陶瓷基板产业群，欢迎产业链上下游企业加入。

审核编辑：汤梓红